建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本原理

⑴教學(xué)目的和要求掌握結(jié)構(gòu)上的荷載；掌握極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法。⑵主要內(nèi)容結(jié)構(gòu)上的荷載、極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法⑶重點(diǎn)、難點(diǎn)重點(diǎn)及難點(diǎn)：結(jié)構(gòu)上的荷載、極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法第二章建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)根本原理第二章建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)根本原理2.1結(jié)構(gòu)上的荷載1、結(jié)構(gòu)的作用、作用效應(yīng)、結(jié)構(gòu)抗力及其隨機(jī)性作用可分為直接作用和間接作用

直接作用即習(xí)慣上所說的荷載，是指施加在結(jié)構(gòu)上的集中力或分布力系，如結(jié)構(gòu)自重、家具及人群荷載、風(fēng)荷載等。間接作用是指引起結(jié)構(gòu)外加變形或約束變形的原因，如地震、根底沉降、溫度變化等。1.永久荷載永久荷載亦稱恒荷載，是指在結(jié)構(gòu)使用期間，其值不隨時(shí)間變化，或者其變化與平均值相比可忽略不計(jì)的荷載，如結(jié)構(gòu)自重、土壓力、預(yù)應(yīng)力等。2.可變荷載可變荷載也稱為活荷載，是指在結(jié)構(gòu)使用期間，其值隨時(shí)間變化，且其變化值與平均值相比不可忽略的荷載，如樓面活荷載、屋面活荷載、風(fēng)荷載、雪荷載、吊車荷載等。3.偶然荷載在結(jié)構(gòu)使用期間不一定出現(xiàn)，而一旦出現(xiàn)，其量值很大且持續(xù)時(shí)間很短的荷載稱為偶然荷載，如爆炸力、撞擊力等。2、荷載分類及荷載代表值常用材料單位體積的自重〔單位kN/m3〕

混凝土22~24，

鋼筋混凝土24~25，

水泥砂漿20，

石灰砂漿、混合砂漿17，

普通磚18，

普通磚〔機(jī)器制〕19，

漿砌普通磚砌體18，

漿砌機(jī)磚砌體19。荷載標(biāo)準(zhǔn)值

〔1〕永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值按構(gòu)件尺寸和構(gòu)件單位體積自重的標(biāo)準(zhǔn)值來確定。2、荷載分類及荷載代表值〔1〕可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值〔民用樓面均布活荷載標(biāo)準(zhǔn)值按下表采用〕民用建筑樓面均布活荷載標(biāo)準(zhǔn)值及其組合值、頻偶值和準(zhǔn)永久值系數(shù)項(xiàng)次類別標(biāo)準(zhǔn)值(kN/m2)組合值系Ψc頻偶值系Ψf準(zhǔn)永久值系數(shù)Ψq1（1）住宅、宿舍、旅館、辦公樓、醫(yī)院病房、托兒所、幼兒園（2）教室、實(shí)驗(yàn)室、閱覽室、會議室、醫(yī)院門診室2.00.70.50.60.40.52食堂、辦公樓中的一般資料檔案室2.50.70.60.53（1）禮堂、劇場、影院、有固定座位的看臺（2）公共洗衣房3.03.00.70.70.50.60.30.54（1）商店、展覽廳、車站、港口、機(jī)場大廳及其旅客等候室（2）無固定座位的看臺3.53.50.70.70.60.50.50.32、荷載分類及荷載代表值5（1）健身房、演出舞臺（2）舞廳4.04.00.70.70.60.60.50.36（1）書庫、檔案室、儲藏室（2）密集柜書庫5.012.00.90.90.87通風(fēng)機(jī)房、電梯機(jī)房7.00.90.90.88汽車通道及停車庫（1）單向板樓蓋（板跨不小于2m）客車消防車（2）雙向板樓蓋和無梁樓蓋（柱網(wǎng)尺寸不小于6m×6m）客車消防車4.035.02.520.00.70.70.70.70.70.70.70.70.60.60.60.6〔1〕可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值〔民用樓面均布活荷載標(biāo)準(zhǔn)值按下表采用〕2、荷載分類及荷載代表值9廚房（1）一般的（2）餐廳2.04.00.70.70.60.70.50.710浴室、廁所、盥洗室：（1）第1項(xiàng)中的民用建筑（2）其他民用建筑2.02.50.70.70.50.60.40.511走廊、門廳、樓梯：（1）宿舍、旅館、醫(yī)院病房、托兒所、幼兒園、住宅（2）辦公樓、教室、餐廳、醫(yī)院門診部（3）消防疏散樓梯、其他民用建筑2.02.53.50.70.70.70.50.60.50.40.50.312陽臺：（1）一般情況（2）當(dāng)人群有可能密集時(shí)2.53.50.70.60.5注：①本表所列各項(xiàng)活荷載適用于一般使用條件，當(dāng)使用荷載大時(shí)，應(yīng)按實(shí)際情況采用。②本表各項(xiàng)荷載不包括隔墻自重和二次裝修荷載?！?〕可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值〔民用樓面均布活荷載標(biāo)準(zhǔn)值按下表采用〕2、荷載分類及荷載代表值建筑結(jié)構(gòu)的安全等級安全等級破壞后果建筑物類型一級很嚴(yán)重重要的房屋二級嚴(yán)重一般的房屋三級不嚴(yán)重次要的房屋?建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)?GB50068-2001〔以下簡稱?統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)?〕規(guī)定，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)破壞可能產(chǎn)生的后果〔危及人的生命、造成經(jīng)濟(jì)損失、產(chǎn)生社會影響等〕的嚴(yán)重性，采用不同的平安等級。設(shè)計(jì)使用年限，是指設(shè)計(jì)規(guī)定的結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件不需進(jìn)行大修即可按其預(yù)定目的使用的時(shí)期。結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限分類設(shè)計(jì)使用年限示例5臨時(shí)性結(jié)構(gòu)25易于替換的結(jié)構(gòu)構(gòu)件50普通房屋和構(gòu)筑物100紀(jì)念性建筑和特別重要的建筑結(jié)構(gòu)2.2極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法1、建筑結(jié)構(gòu)的平安等級、設(shè)計(jì)使用年限能承受正常施工和使用時(shí)的各種作用，以及偶然事件發(fā)生時(shí)，仍能保持整體穩(wěn)定性。在正常使用時(shí)，能保證具有良好的工作性能，不出現(xiàn)過大的變形和裂縫。在正常使用及維護(hù)下，具有足夠的耐久性能，不發(fā)生銹蝕和風(fēng)化現(xiàn)象。＊平安性＊適用性＊耐久性例如，不會出現(xiàn)影響正常使用的過大變形或振動(dòng)；不會產(chǎn)生使使用者感到不安的裂縫寬度等。例如，結(jié)構(gòu)材料不致出現(xiàn)影響功能的損壞，鋼筋混凝土構(gòu)件的鋼筋不致因保護(hù)層過薄或裂縫過寬而銹蝕等。即結(jié)構(gòu)僅產(chǎn)生局部的損壞而不致發(fā)生連續(xù)倒塌。

2.2極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法2、結(jié)構(gòu)的功能要求結(jié)構(gòu)的平安性、適用性和耐久性是結(jié)構(gòu)可靠的標(biāo)志，總稱為結(jié)構(gòu)的可靠性。結(jié)構(gòu)的可靠度是結(jié)構(gòu)可靠性的概率度量，即對結(jié)構(gòu)可靠性的定量描述。結(jié)構(gòu)可靠性的定義是，結(jié)構(gòu)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，規(guī)定條件下，完成預(yù)定功能的能力。當(dāng)結(jié)構(gòu)的使用年限超過設(shè)計(jì)使用年限后，并不意味著結(jié)構(gòu)就要報(bào)廢，但其可靠度將逐漸降低。2.2極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法〔1〕承載能力極限狀態(tài)〔2〕正常使用極限狀態(tài)針對平安性如：整個(gè)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一局部作為剛體失去穩(wěn)定；結(jié)構(gòu)構(gòu)件或連接因材料強(qiáng)度不夠而破壞；結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)動(dòng)體系；結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件喪失穩(wěn)定等。針對適用性和耐久性如：出現(xiàn)影響正常使用或外觀的變形；影響正常使用或耐久性的局部損壞；影響正常使用的振動(dòng)。2.2極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法3、結(jié)構(gòu)功能的極限狀態(tài)

有一農(nóng)夫，能肩挑300斤

當(dāng)給他300斤的擔(dān)子時(shí)，

效應(yīng)剛好等于抗力；

當(dāng)給他100斤的擔(dān)子時(shí)，

效應(yīng)小于抗力；

當(dāng)給他400斤的擔(dān)子時(shí)，

效應(yīng)大于抗力。挑擔(dān)子與結(jié)構(gòu)功能函數(shù)

2.2極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法4、結(jié)構(gòu)功能函數(shù)結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)當(dāng)Ｚ＞0即R＞S時(shí)，結(jié)構(gòu)處于可靠狀態(tài)；

當(dāng)Ｚ＜0即R＜S時(shí)，結(jié)構(gòu)處于失效狀態(tài)；

當(dāng)Ｚ=

0即R=S時(shí)，結(jié)構(gòu)處于極限狀態(tài)。

關(guān)系式ｇ(S，R)＝R－S＝0稱為極限狀態(tài)方程。2.2極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法4、結(jié)構(gòu)功能函數(shù)1〕由可變荷載效應(yīng)控制的組合2.2極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法5、按承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)的方法—結(jié)構(gòu)構(gòu)件重要性系數(shù)一級=1.1、二級=1.0、三級=0.9按承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)的實(shí)用表達(dá)式按永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算的荷載效應(yīng)值可變荷載效應(yīng)

中的最大值可變荷載的組合值系數(shù)永久荷載分項(xiàng)系數(shù)按可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值

計(jì)算的荷載效應(yīng)值2〕由永久荷載效應(yīng)控制的組合恒荷載

效應(yīng)設(shè)計(jì)值活荷載

效應(yīng)設(shè)計(jì)值荷載分項(xiàng)系數(shù)的取值荷載特性分項(xiàng)系數(shù)永久

荷載永久荷載效應(yīng)對結(jié)構(gòu)不利由可變荷載效應(yīng)控制的組合1.2由永久荷載效應(yīng)控制的組合1.35永久荷載效應(yīng)對結(jié)構(gòu)有利1.0傾覆、滑移或飄浮驗(yàn)算0.9可變

荷載一般情況1.4對標(biāo)準(zhǔn)值大于4kN/m2的工業(yè)房屋樓面結(jié)構(gòu)的活荷載取1.32.2極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法6、按正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)的方法1〕標(biāo)準(zhǔn)組合2〕頻遇組合3〕準(zhǔn)永久組合混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)值=

混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值÷砼材料分項(xiàng)系數(shù)γc鋼筋強(qiáng)度設(shè)計(jì)值=

鋼筋強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值÷鋼筋材料分項(xiàng)系數(shù)γs永久荷載設(shè)計(jì)值=永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值×永久荷載分項(xiàng)系數(shù)γg可變荷載設(shè)計(jì)值=可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值×可變荷載分項(xiàng)系數(shù)γq7、設(shè)計(jì)值與標(biāo)準(zhǔn)值的關(guān)系1.2什么是荷載代表值？永久荷載、可變荷載的代表值分別是什么？1.4建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足哪些功能要求？其中最重要的一項(xiàng)為哪一項(xiàng)什么？1.6什么是結(jié)構(gòu)功能的極限狀態(tài)？承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)的含義分別是什么？1.7試用結(jié)構(gòu)功能函數(shù)描述結(jié)構(gòu)所處的狀態(tài)。習(xí)題1.1某住宅樓面梁，由恒載標(biāo)準(zhǔn)值引起的彎矩Mgk=45kN·m，由樓面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值引起的彎矩Mqk=25kN·m，活荷載組合值系數(shù)ψc=0.7，結(jié)構(gòu)平安等級為二級。試求按承載能力極限